Semiclassical probability of radiation of twisted photons in the ultrarelativistic limit
导出了在一般形式的电磁场中运动的超相对论标量粒子和狄拉克粒子辐射扭曲光子几率的半经典一般公式。这个公式是贝尔-卡特科夫公式的类似物，用于考虑量子反冲的一个平面波光子的辐射概率。导出的公式用于描述波荡器和激光波中带电粒子对扭曲光子的辐射。由此，发展了考虑量子反冲的波荡器辐射和非线性康普顿过程中扭曲光子辐射的一般理论。在这些情况下，得到了记录一个扭曲光子的概率的显式公式。特别是，我们发现，量子反冲和自旋自由度的扭曲光子的辐射概率增加相比，标量粒子没有反冲的公式。在半经典公式的适用范围内，不违反在纯经典框架中建立的波荡器辐射的选择规则。揭示了在强圆偏振激光和摇摆器辐射的非线性Compton过程中玫瑰花效应的表现。研究了几个例子：在摇摆器中由$180$ GeV电子辐射MeV扭曲光子;在由CO $_2$和Ti：Sa激光器产生的强电磁波中由$256$ MeV电子辐射扭曲光子;以及在由具有光子能量$1$ keV的自由电子激光器产生的电磁波中由$51.1$ MeV电子辐射MeV扭曲光子。
2019-03-10 physics.acc-ph physics.optics
Probability of radiation of twisted photons in the infrared domain
研究了真空中量子电动力学（QED）任意散射过程中扭曲光子辐射几率的红外渐近性质。这种渐近性是普适的，并且对应于经典电流产生的辐射。这种辐射称为边缘辐射。我们表示它的扭曲光子：辐射扭曲光子的平均数的精确解析公式推导。我们找到了边缘辐射的总角动量和每个光子的角动量的平均投影。结果表明，边缘辐射可以作为一个具有大角动量的扭曲光子源。此外，该辐射可以用作红外域中，特别是电磁波谱的THz部分中的扭曲光子的超辐射相干源。证明了扭曲光子辐射和吸收的几个一般选择定则。这些选择规则允许一个，特别是，调制的一个粒子的辐射概率通过对称排列的晶体上的带电粒子的散射。
2018-03-19 physics.acc-ph physics.optics
Generation of twisted photons by undulators filled with dispersive medium
研究了均匀介质中的波荡体对扭曲光子的辐射。得到了辐射扭曲光子平均数的一般公式。详细研究了偶极区波荡器的辐射以及螺旋形和平面形摇摆器的辐射。结果表明，建立在真空中的波荡器的扭曲光子辐射的选择规则也适用于波荡器填充有电介质。在具有等离子体介电常数的介质的情况下，不形成较低的波荡器谐波。这一事实可以用来产生在最低允许谐波上具有非零轨道角动量的扭曲光子。本文介绍了利用反向辐射偏振效应产生具有较大轨道角动量的扭曲光子。研究了反常多普勒效应对辐射扭曲光子的总角动量投影的影响。波荡器和带电粒子的参数被发现，使所产生的辐射，特别是瓦维洛夫-切伦科夫辐射，是一个纯粹的扭曲的光子与明确的非零轨道角动量的来源。发展的理论被用来描述扭曲的光子的辐射的电子束和质子在充满氦的波荡器。我们还考虑了在充满氙的波荡器中电子对X射线扭曲光子的辐射。选择的参数，以便在目前的实验设施是可以实现的。
2020-04-08 physics.acc-ph physics.optics
How fast is a twisted photon?
最近的测量强调了空间形状的光子的传播速度比c慢，c是真空中单色平面波的速度。在这里，我们调查的内在延迟引入的“扭曲”的光子，即通过引入轨道角动量（OAM）。为了做到这一点，我们使用Hong-Ou-Mandel干涉仪来测量当我们将OAM引入到通过聚焦望远镜成像的环形光束上时单光子延迟的变化。我们的研究结果表明，当所有其他参数保持不变时，添加OAM相对于没有OAM的相同光束减少了延迟（加速）。我们支持我们的结果，使用理论方法来计算群速度，并通过考虑几何射线追踪方法获得直观的理解所测得的OAM加速度。
2017-11-15 physics.optics
Probability of radiation of twisted photons by axially symmetric bunches of particles
研究了有限宽度粒子束对扭曲光子辐射的影响。对于轴对称束团，得到了全同粒子束团产生的扭曲光子辐射几率分布与单个粒子产生的扭曲光子辐射几率分布之间的一般关系式。如果在某个时刻束团相对于探测器轴轴对称，并且束团中的所有粒子沿着平行轨迹移动，则称束团为轴对称的。建立了扭转光子被轴对称聚束辐射几率的一般求和规则。特别地，我们证明了辐射扭曲光子的平均总角动量的投影在束中的每个粒子不依赖于束的径向轮廓。均匀，高斯，和指数径向聚束档案被详细考虑。本文研究了普通波荡器和晶体波荡器中轴对称束团的辐射。当考虑到粒子束的有限宽度时，单个粒子在波荡器中辐射扭曲光子的选择规则被破坏了。我们发现当这个违背是边际的时候。扭曲光子辐射几率分布的形式对于宽非相干轴对称粒子束团具有普遍性。我们完全描述了这些普适分布。
2018-11-30 physics.acc-ph physics.optics
Radiation of twisted photons from charged particles moving in cholesterics
在量子电动力学的框架下，研究了各向异性非均匀色散介质中带电粒子穿过平板时对扭曲光子的辐射。在傍轴和小各向异性近似下，构造了平板中麦克斯韦方程组的完整解。本文导出了带电点粒子通过平板时产生的平面波和扭曲光子的平均数的显式表达式。建立了谐波$n\in \mathbb{Z}$辐射的扭曲光子的选择规则。在傍轴区，辐射的扭曲光子的轨道角动量的投影服从选择定则$l=\pm(2n+1)$。在介电常数张量的小各向异性的近似下，选择规则变为$m=\pm 2n$，其中$m$是辐射的扭曲光子的总角动量的投影。在这些选择规则中的符号“$\pm$“与在反射器中的前向波或反射波的选择有关，并且在辐射光子的不同能量下实现。作为例子，考虑了具有洛伦兹因子$γ=235$和$γ=500$的电子和具有$γ=2$的铀核对光学扭曲光子的辐射。结果表明，垂直穿过波片的带电粒子可以作为纯扭曲光子源。
2020-11-27 physics.acc-ph physics.optics
Observing sub-Poissonian statistics of twisted single photons using oscilloscope
自发参量下转换产生的先驱单光子源（HSPS）作为单光子源被广泛应用。我们在实验室研究了携带轨道角动量的HSPS的光子数统计，并仅用光电探测器和示波器观察了亚泊松统计。
2019-07-24 physics.optics quant-ph
Probability of radiation of twisted photons by cold relativistic particle bunches
导出了记录带电粒子冷相对论粒子束产生的扭曲光子的几率。本文研究了在定常电磁场和传播的电磁波中这种粒子束团对扭曲光子的辐射。它示出，通常穿越各向同性色散介质（边缘，过渡，和Vavilov-Cherenkov辐射），并通过在螺旋波荡器移动的聚束的粒子束的非相干辐射不依赖于粒子的方位角分布的一束，是相同的圆形聚束。对于平面波荡器，粒子聚束的非相干辐射与相对于扭转光子探测器的轴在反射下对称的聚束的非相干辐射相同。在记录的高能量扭曲光子中，这种性质是普遍的，并且适用于任何冷相对论粒子束的前向非相干辐射。这种粒子束对扭曲光子的相干辐射遵循我们称之为加法规则的性质。这个规则提供了一个简单的方法来描述扭曲光子相干辐射的性质。此外，建立了足够长螺旋束团相干辐射的强相加规则。利用这一规则，人们可以精心设计扭曲光子的超辐射纯源。螺旋束的相干辐射被认为是边缘，过渡，和Vavilov-Cherenkov过程和粒子运动在波荡器和平面激光波与圆偏振。在这些情况下，推导出记录一个扭曲光子的总概率和每个光子的总角动量的投影的求和规则。对于几种简单的束团分布，导出了非相干和相干干涉因子的显式表达式。
2019-05-19 physics.acc-ph physics.optics
Quantum imaging exploiting twisted photon pairs
本文提出利用可调空间关联区域的扭曲光子对进行量子成像，通过体密度符合计数和重标度图像信号克服相干面积限制，并揭示反聚束与聚束光子对的相消干涉，为量子全息与显微应用奠定基础。
2023-01-05 physics.optics quant-ph
Generation of hard twisted photons by charged particles in cholesteric liquid crystals
在短波近似下，研究了光子波长远小于双螺旋线螺距，而光子逃逸角和介电常数张量的各向异性可以是任意的情况下，带电粒子穿过双螺旋板的辐射。光子的辐射是在量子电动力学与经典电流的框架。本文考虑了平面波光子和带电粒子作直线匀速运动穿过平板时产生的角动量有确定投影的光子（扭转光子）的辐射。在这种情况下，得到了辐射光子的平均数及其谱与能量和角动量投影的显式关系。结果表明，在傍轴近似中，辐射的扭曲光子的轨道角动量$l$的投影与谐波数$n\in \mathbb{Z}$相关为$l=2n+1$，即，给定的系统是如所期望的扭曲光子的纯源。结果表明，在近轴短波状态下，辐射光子的主要部分是线性偏振与$l=\pm1$在谐波$n=\{-1,0\}$。讨论了该方法的适用条件。作为例子，我们考虑了铀核产生$6.3$ eV扭曲光子和$120$ MeV电子产生X射线扭曲光子。
2021-06-07 physics.acc-ph physics.optics
Photoexcitation of planar Wannier excitons by twisted photons
该研究推导了半导体薄膜中涡旋光子激发平面Wannier激子的跃迁概率公式与角动量选择定则，分析了两种相互作用势，提出平面激子可作片上涡旋光子源，公式还适用于带电杂质束缚载流子的光激发描述。
2022-09-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Underwater Transmission of High-dimensional Twisted Photons over 55 Meters
作为现代光学、大数据、互联网通信和量子技术的新兴信道资源，携带轨道角动量（OAM）的扭曲光子在光纤和大气等不同介质中的应用范围不断扩大。由于损耗和压力的极端条件，扭曲光子的水下传输尚未得到很好的研究。特别是，单光子测试都限制在几米的水平，实际上不清楚更长的传输距离会发生什么。在这里，我们通过实验演示了单光子扭曲光在水下通道上的传输，最长可达55米，达到了允许潜在实际应用的距离。对于不同阶数的OAM态及其叠加态，观察到了模态结构和拓扑荷的良好保持。我们的研究结果首次揭示了扭曲光子在长距离区域的真实传输性能，代表了基于OAM的水下量子通信的进一步发展。
2019-02-04 physics.optics quant-ph
Probability of radiation of twisted photons in an inhomogeneous isotropic dispersive medium
导出了带电粒子在非均匀各向同性色散介质中运动时记录到扭曲光子几率的一般公式。对于带电粒子穿过介质板或理想导电箔的辐射，得到了记录扭曲光子几率的显式公式。结果表明，在带电粒子沿探测器轴运动的情况下，所有辐射出的扭曲光子具有零的总角动量投影，其辐射几率与光子螺旋度无关。还考虑了带电粒子螺旋微聚束产生的辐射。证明了辐射扭曲光子的总角动量投影满足强相加定则。因此，螺旋光束允许一个产生相干过渡和瓦维洛夫-切伦科夫辐射与大投影的总角动量。研究了带电粒子在螺旋介质中产生的辐射。这种介质的典型例子是金属螺旋和胆甾相液晶。结果表明，沿这种介质螺旋轴运动的带电粒子的辐射是一个纯的扭曲光子源。
2019-07-11 physics.acc-ph physics.optics
Strong circular dichroism in twisted single-ring hollow-core photonic crystal fiber
我们报告了一系列的实验，分析和数值研究表明，在螺旋扭曲的空芯单环光子晶体光纤（SR-PCF），形成在光纤拉伸过程中的预制件旋转的强圆二色性。在所研究的SR-PCF中，空芯被非接触毛细管的单环包围。这些毛细管之间的耦合导致携带轨道角动量的螺旋布洛赫模式的形成。在扭转光纤中，强圆双折射出现在环中，使得当具有特定圆偏振态（例如LC）的芯模与环相位匹配时，另一个（RC）被强烈地退相。此外，如果核和环中的轨道角动量相同，并且偏振态是非正交的（例如，稍微椭圆形），则LC芯模将经历高损耗，而RC模被有效地传输。结果是单圆偏振SR-PCF，其在一定波长范围内充当圆偏振器。这种光纤具有许多潜在的应用，例如，在充气SR-PCF中产生圆偏振光，以及在深紫外和真空紫外中实现偏振元件。
2018-07-30 physics.optics
Scattering of plane-wave and twisted photons by helical media
利用色散介质中的量子电动力学，我们描述了平面波和扭曲光子的散射由一个螺旋介质制成的平板，螺旋轴是垂直于平板平面和介质是不是平移不变在这个平面上，在一般情况下。在特定情况下，螺旋介质的介电常数张量对应于胆甾相液晶、$C^*$ -近晶、双轴手性向列相和近晶、$q$ -板、手性雕刻薄膜和螺旋位错。微扰和非微扰的方法被认为是。考虑到光子波包的形式，得到了光子的散射振幅、概率和斯托克斯参数的显式表达式。建立了选择规则，表明螺旋介质将动量和角动量传递给散射光子。这种性质可以用于产生具有较大的总角动量投影的扭曲光子。我们描述的设备转移的光子的总角动量的投影和扭曲光子的信号编码的主要计划。
2022-05-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
On Exchange of Orbital Angular Momentum Between Twisted Photons and Atomic Electrons
本文给出了扭曲（拉盖尔-高斯分布）光子与氢原子散射的矩阵元表达式。我们认为光子进入的轨道角动量（OAM）的$\ell \hbar$，携带的一个因素$e^{i \ell ϕ}$不存在于一个平面波或纯高斯轮廓光束。研究了OAM的$+2\ell$单元从光子到原子方位角量子数的转移性质。我们得到简单的公式，这些OAM翻转转换的弹性前向散射的扭曲光子时，光子波长$λ$是大的相比，原子的目标尺寸$a$，和小的瑞利范围$z_R$，它的特点是扭曲的光子束的准直长度。
2012-06-29 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Radiation of twisted photons in elliptical multifrequency undulators
Tomsk Polytechnic University（托木斯克理工大学）；Tomsk State University（托木斯克国立大学）
研究了椭圆多频磁铁中扭曲光子的辐射理论，推导了振幅表达式并分析了能量谱和选择规则。
2026-02-08 physics.acc-ph physics.optics
Proposal for the experimental observation of twisted photons in transition and Vavilov-Cherenkov radiations
我们建议使用Vavilov-Cherenkov（VC）和过渡辐射作为扭曲光子在很宽的能量范围内的源。描述了观测构成这些辐射的光子的轨道角动量的实验装置。考虑了相对论性电子和离子在通过介质板时产生的辐射。对扭转光子在螺旋微聚束辐射中的总角动量相加规律进行了实验验证。给出了实验参数。
2020-01-15 physics.acc-ph physics.ins-det physics.optics
Emergent spin and orbital angular momentum of light in twisted photonic bilayer
本研究发现扭曲光子双层结构可使零角动量非偏振光分别在透射、反射中获得自旋与轨道角动量，揭示其不同微观机制及与层间距的依赖关系，为角动量分辨光-物质相互作用提供新方向。
2024-12-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Photonic angular super-resolution using twisted N00N states
N00N态增加的相位灵敏度已被用于许多实验中，通常涉及光子路径或偏振。在这里，我们通过实验将N00 N态的相位灵敏度与高达100 $\,\hslash$的光子的轨道角动量（OAM）相结合，来解决光场围绕其光轴的旋转。结果表明，更高的光子数和更大的OAM都增加了分辨率和可实现的灵敏度。该方法开辟了一条可行的途径，无条件角超灵敏度和任何横向光场之间的N00N态的可访问的产生。
2021-06-17 physics.optics quant-ph
Mapping Twisted Light into and out of a Photonic Chip
携带轨道角动量（OAM）的扭曲光为现代光学提供了额外的自由度，并且为经典和量子信息技术提供了新兴资源。它固有的无限维度可以通过使用模式复用来提高数据容量以维持大数据和互联网流量的前所未有的增长，并且可以被编码以在高维希尔伯特空间中构建大规模量子计算机器。虽然扭曲光从集成器件的表面发射到自由空间已被广泛研究，但光子芯片内部的传输和处理仍有待解决。在这里，我们提出了第一个激光直写波导能够支持OAM模式和实验证明了一个忠实的映射扭曲光进出光子芯片。状态OAM $_{0}$、OAM $_{-1}$、OAM $_{+1}$和它们的叠加可以以最小串扰以高达60%的总效率传输通过光子芯片。此外，我们还研究了单光子的量子扭曲光态的传输，并利用单光子成像测量了其输出态。我们的研究结果可能会增加OAM作为一个新的自由度，在光子芯片中传输和操纵的高容量通信和高维量子信息处理。
2018-12-12 physics.optics quant-ph
Quantum theory of photonic vortices and quantum statistics of twisted photons
Northeast Normal University（东北师范大学）；Beijing Institute of Technology（北京理工大学）
光子涡旋的拓扑荷是奇异光学中的一个基本量，也是表征扭曲光涡旋性的关键参量。然而，光子拓扑电荷的定义仍然难以捉摸。在这里，我们提出了一个理论形式主义，提供一个全面的治疗光子涡旋。从傍轴Helmholtz方程出发，在连续性方程的基础上引入了光子流密度和螺旋度流密度的量子算符。我们的形式主义允许我们引入平行于超流体中的光子流的流速和循环。光子流的量子化循环在传播过程中是守恒的，它给出了一个明确的定义，光子拓扑电荷的缠绕数的光子涡旋。特别是，我们预测螺旋电流产生纯螺旋涡，其中光子电流消失。最后，我们发现了一个有趣的效应，即扭曲光子对的量子统计本质上是由它们的自旋态决定的。
2026-10-27 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Compton scattering of twisted light: angular distribution and polarization of scattered photons
在非相对论框架下，利用一阶微扰理论研究了扭曲光子的康普顿散射。我们制定的密度矩阵理论的问题，这使得人们能够获得新的见解扭曲粒子的散射过程中，利用系统的对称性。特别地，我们分析了初始光束的张角和轨道角动量投影等参数对散射光子的角分布和偏振态的影响。我们提出了分析和数值计算结果的角分布和初始扭曲光的康普顿散射光子的偏振，并将它们与平面波光的标准情况进行比较。
2015-05-02 hep-ph physics.atom-ph physics.optics
Off-axis excitation of hydrogenlike atoms by twisted photons
我们证明了当扭曲光子束的对称轴与原子靶的中心不重合时，扭曲光子态或在运动方向上具有大的（$> \hbar$）角动量投影（$m_γ$）的光子态可以光激发类氢原子的原子能级，这些能级是新颖的、独特的，并且不受$m_γ$的限制.给出了选择规则，并指出了上述过程的有趣的影响和可观的。
2013-09-25 hep-ph physics.atom-ph physics.optics
Elastic Scattering of Twisted Photons with Atomic Hydrogen
利用与微分反应截面直接相关的涡旋原子形状因子，分析了扭曲涡旋光子与类氢原子靶的弹性散射。涡原子形状因子表示在一个统一的球形基础上，并在MatLab代码中实现，数值计算使用全局自适应正交。该代码的结果显示了光子波长，瑞利范围和散射角的变化对微分反应截面和扭转因子的影响，扭转因子用于测量引入轨道角动量的影响。最近提出的双镜效应，占一个非零效应的扭曲光子相互作用的正向数值证实。最后，它表明，微分反应截面大大放大时，瑞利范围和光子波长接近原子的尺度。简要讨论了实验考虑和应用，包括量子信息，其中扭曲光子在原子靶上的散射可用于光与物质之间的信息传递。
2019-09-17 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Revealing photons' past via quantum twisted double-slit experiment
量子态是真的吗？这个量子力学中最基本的问题还没有得到令人满意的解决，尽管它的现实解释似乎已经被各种延迟选择实验所拒绝。在这里，为了解决这个长期存在的问题，我们提出了一个量子扭曲双缝实验。利用扭曲光子的亚光速特性，首次揭示了光子在飞行过程中的真实性质。我们发现，光子的到达时间与测量中得到的状态不一致，但与传播过程中的状态一致。我们的结果表明，波函数描述的现实存在和量子实体的演化，而不是一个纯粹的数学抽象提供了一个测量结果的概率列表。这一发现澄清了长期以来对波函数及其坍缩在量子实体演化中的作用的误解。
2017-04-24 physics.optics quant-ph
Frequency conversion of vortex states by chiral forward Brillouin scattering in twisted photonic crystal fibre
本文利用扭曲光子晶体光纤中的手性前向受激布里渊散射激发手性弯曲声子，实现了不同波长下后向传播圆偏振涡旋模式间的频率转换，为经典与量子领域的涡旋态操控提供了新途径。
2024-01-17 physics.optics
Wigner distribution of twisted photons
我们提出了第一个实验表征的方位维格纳分布的光子。我们的协议充分表征了光子的轨道角动量（OAM）和方位角（ANG）的共轭基的横向结构。我们提供了一个测试我们的协议，通过表征纯叠加和不相干的混合物的OAM模式在一个七维空间。在我们的计划中进行测量所需的时间尺度仅与所调查的状态的尺寸呈线性关系。这种时间尺度使我们的技术适用于涉及大量OAM状态的量子信息应用。
2015-12-04 physics.optics quant-ph
Quantum state engineering with twisted photons via adaptive shaping of the pump beam
高维纠缠是量子通信的一种宝贵资源，在轨道角动量上纠缠的光子对通常用于编码高维量子态。然而，制备任意维最大纠缠态的方法仍然缺乏，目前使用的方法基本上依赖于过滤和纠缠浓度。在这里，我们实验实现了一种方法，用于产生高维最大纠缠的OAM状态的光子对，不需要任何这些程序。此外，准备状态被限制到指定维度的子空间，因此需要最少的后选择。
2018-07-25 physics.optics quant-ph
Twisted heterobilayer photonic crystal based on stacking and selective etching of 2D materials
针对多层扭曲光子晶体纳米加工的挑战，在石墨/Si$_3$N$_4$异质结构中通过干法转移与选择性刻蚀制备了扭曲异质双层光子晶体，实验观察到莫尔位点产生的可见光波段腔光子模式，为光子控制提供了新自由度。
2025-03-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Structured Light-Matter Interaction: Twisted Photons in Graphene
本研究提出一个数值框架，基于 Dirac 方程与 Maxwell 方程组耦合的两步法，研究携带轨道角动量的结构化光脉冲与单层石墨烯的相互作用，并成功应用于三次谐波产生以验证 OAM 守恒及非线性电磁场特性。
2024-10-15 physics.optics
Excitation of an Atom by Twisted Photons
扭曲光子态，或在运动方向上具有大（$> \hbar$）角动量投影的光子态，可以光激发不同量子数的原子终态。如果光子对称轴与原子的中心重合，则存在已知的选择规则，该规则要求光子的量子数与光激发态之间精确匹配。更一般的情况下，任意位置的光束放宽了选择规则，但产生的最终原子态的量子数分布是新颖的，不同于平面波光子产生的最终态。以氢原子为例进行了数值计算。
2013-03-30 hep-ph physics.atom-ph physics.optics
Bridging Relativistic Twisted Fermion Beams and Photonic OAM Flux in Gauged Hopf Lattices: Emergent Topological Analogs
Independent researcher
研究通过数值模拟展示与规范霍普夫晶格耦合的拉盖尔 - 高斯扭曲光子包的类似系统，揭示其涌现行为，包括传播特征、相关数值及动力学等，为探索拓扑纹理提供光子平台，搭建相对论扭曲物质波与拓扑光子学的桥梁。
2026-07-21 physics.optics quant-ph
Moire-enabled optical vortex with tunable topological charge in twisted bilayer photonic crystals
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
本研究利用扭曲双层莫尔光子晶体的层间耦合产生贝塞尔型连续谱准束缚态，实现了拓扑荷可调的光学涡旋阵列，为集成OAM的复用技术提供了新方案。
2025-10-29 physics.optics
Atomic Spectroscopy with Twisted Photons: Separation of M1--E2 Mixed Multipoles
我们分析了扭曲光子或沿其传播方向携带额外轨道角动量的光子对原子光激发到离散态的影响。从角动量和宇称的考虑，我们能够扭转光子的光激发振幅与它们的平面波类似物，独立的原子波函数的细节。我们分析了电离态原子混合多极$E2-M1$跃迁的光吸收截面，发现了光子拓扑结构的根本差异。我们的理论分析表明，它是可能的，以提取不同的多极贡献的相对跃迁率作为原子的位置（或碰撞参量）相对于光学涡旋中心的函数测量的光激发率。所提出的多极子分离技术可以实现，如果目标的原子位置是解决与亚波长精度，例如，与保罗陷阱。数值例子硼类高电荷态离子（HCI）。
2018-01-10 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Three-frequency helical undulator as a source of photons in composite twisted states
Tomsk Polytechnic University（托木斯克理工大学）；Tomsk State University（托木斯克国立大学）
三频螺旋振荡器可生成复合扭转态光子，通过调节参数实现对光子态的可控生成。
2026-02-08 physics.acc-ph physics.optics
Observation of Magic Angle and Wall State in Twisted Bilayer Photonic Graphene
石墨烯是一种单层蜂窝状的碳原子晶格，自发现以来，它表现出了非常规的现象，引起了人们的极大兴趣。最近，在魔角扭曲双层石墨烯中观察到了由莫尔条纹诱导的Mott类绝缘体态和超导态，特别是在电子之间没有关联的情况下，这为强关联现象的理解和研究提供了更多的线索.光子作为玻色子，与费米子的行为不同，也可以恢复石墨烯的非常规现象，例如由于不稳定性，甚至从未在石墨烯中观察到的胡须边缘状态。在这里，我们提出了一个扭曲的双层光子石墨烯的魔角和壁态的直接观察。我们分别在魔角附近AA和AB堆积顺序的区域成功观察到光子的强局域化和快速扩散。最重要的是，我们发现了一个壁态，在最低能带中具有AA和AB/BA堆叠顺序的区域，显示出明显分离的光子分布。壁态的形成机制有助于理解魔角扭曲双层石墨烯中Mott类绝缘态和超导态的同时存在。扭曲双层光子石墨烯中魔角的可达性为石墨烯超晶格增加了玻色子行为，对壁态的观察也将加深对物质的理解。
2019-11-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Topological band structure via twisted photons in a degenerate cavity
基于粒子内部自由度（如频率、空间模式和到达时间）的综合维数已经引起了人们的极大关注。它们提供了理想的大规模晶格来模拟非平凡的拓扑现象。探索更多的合成维度是通向更高维度物理学的途径之一。在这项工作中，我们设计和实验控制的合成维度之间的耦合组成的固有的光子轨道角动量和自旋角动量自由度的简并光学谐振腔中，产生周期性驱动的自旋轨道耦合系统。通过对透射强度的测量，我们直接表征了系统的性质，包括态密度、能带结构和拓扑绕组。我们的工作展示了一种探索扭曲光子空间模式作为合成维度的新机制，为在高度紧凑的平台上设计丰富的拓扑物理铺平了道路。
2022-02-28 physics.optics quant-ph
Quantum Biosensors on Chip: A Review from Electronic and Photonic Integrated Circuits to Future Integrated Quantum Photonic Circuits
本文是首篇系统关联量子生物传感技术与微电子、光子芯片器件发展的综述，梳理了量子点、NV中心等传感方案，探讨其与各类集成电路的兼容性，指明高性能片上量子生物传感系统的技术发展方向。
2025-08-03 physics.optics
Conversion of twistedness from light to atoms
该研究提出利用束缚电子吸收扭曲光子，在自由空间中制备扭曲原子，并揭示光子轨道扭曲性向原子质心态或电子跃迁选择定则的转换机制。
2024-05-20 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
A reversible optical memory for twisted photons
我们报道了一个实验，其中光的轨道角动量映射到一个冷原子系综和出单光子水平。基于动态电磁感应透明协议，所展示的光学存储器能够可逆地映射拉盖尔-高斯模式，同时保留螺旋相位结构的手性。所展示的能力为存储编码为轨道角动量态叠加的量子比特和多维光物质界面提供了可能性。
2013-02-25 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Quantum structured light: Non-classical spin texture of twisted single-photon pulses
Northeast Normal University（东北师范大学）；Purdue University（普渡大学）
本文提出量子结构光概念，建立单光子自旋与轨道角动量量子密度框架，揭示其非经典自旋纹理与量子涨落，为相关量子物理研究奠定基础。
2026-10-28 physics.optics quant-ph
High-Multipole Excitations of Hydrogen-Like Atoms by Twisted Photons near Phase Singularity
本文计算了类氢原子受扭曲光子态和角动量在传播方向上投影超过$\hbar$的光子态激发的跃迁振幅和跃迁截面。如果目标原子位于涡旋中心的相位奇点附近的原子尺寸量级的距离处，则到具有轨道角动量$l_f>1$的状态的跃迁速率变得与电偶极跃迁的速率相当。结果表明，当跃迁率归一化为局域光子通量时，所得到的$l_f>1$散射截面在光涡旋中心附近是奇异的。讨论了与Berry和Dennis提出的“量子核”概念的关系。
2016-04-12 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Removal of guided acoustic wave Brillouin scattering to the quantum-noise limit using symmetric interferometry in twisted photonic crystal fibers
Max Planck Institute for the Science of Light（马克斯·普朗克光科学研究所）；Friedrich-Alexander-Universität（弗里德里希·亚历山大大学）
提出扭曲光子晶体光纤(t-PCF)作为首个能完全消除混合扭转径向GAWBS的光纤系统，通过对称干涉仪中的自参考和Stokes检测将GAWBS相位噪声补偿至量子噪声极限。
2026-07-07 physics.optics
Entangled Telecom Photon Generation using Twisted Van der Waals Crystals
Université de Toulouse, INSA-CNRS, LPCNO（图卢兹大学，INSA-CNRS，LPCNO）；Beijing Institute of Technology（北京理工大学）
该研究利用范德瓦尔工程化的NbOBr₂材料，通过自发参量下转换生成纠缠光子，并通过90度扭曲堆叠实现量子干涉，获得高保真度的偏振纠缠态，展示了高亮度的电信波长量子光源。
2026-05-14 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Review: Graphene oxide 2D thin films for high performance nonlinear integrated photonics
通过光学非线性操作的集成光子器件为所有光学信息处理提供了强大的解决方案，产生远远超过电子处理的处理速度，并提供紧凑的占地面积，高稳定性，高可扩展性和低功耗的附加优势。对高性能非线性集成光子器件的日益增长的需求促进了新型材料的混合集成，以解决现有集成光子平台的局限性，例如强非线性光学吸收或光学非线性不足。近来，氧化石墨烯（GO）以其大的光学非线性、改变其性质的高灵活性以及容易的制造工艺引起了极大的关注，使得许多混合非线性集成光子器件具有改进的性能和新颖的能力。本文综述了GO在非线性集成光子学中的应用。首先，概述了其光学特性和片上集成所需的制造技术。接下来，最先进的GO非线性集成光子器件的状态进行了审查，连同比较的非线性光学性能的不同的集成平台纳入GO。最后，讨论了该领域的挑战和前景。
2023-01-05 physics.optics
On-chip polarization-encoded single-qubit gates with twisted waveguides
本文发展了飞秒激光直写扭曲波导的严格理论，证明其能在满足设计约束下实现任意偏振变换，为片上偏振编码信息处理提供了低成本、易原型的稳健构建模块。
2023-07-10 physics.optics quant-ph
Geometric phase for twisted light
即使在没有双折射的情况下，在螺旋光纤中传播的光的偏振矢量也围绕其传播轴旋转。这种旋转通常被解释为自旋为1的光子的Pancharatnam-Berry相位。在这里，我们使用纯粹的几何方法来理解这种旋转。我们发现，类似的几何旋转也存在扭曲光携带轨道角动量（OAM）。相应的几何相位可以应用于基于光子OAM态的量子计算和量子传感。
2023-02-14 physics.optics quant-ph
Atomic ionization by twisted photons: Angular distribution of emitted electrons
研究了扭曲光子电离类氢离子过程中电子的角分布。基于一阶微扰理论和非相对论性薛定谔方程进行了分析。特别注意的是依赖的电子发射图案上的碰撞参量b的离子相对于扭曲波前的中心。为了探索这种依赖关系，我们对中性氢原子的1s基态和2py激发态的光电离进行了详细的计算。基于这些计算，我们认为，相对较小的碰撞参量的电子角分布可能会强烈影响通过改变原子的位置内的波阵面。相反，如果原子被放置在远离前中心，电子的发射模式是独立的碰撞参量b和类似的平面波光子的光电离中观察到的。
2013-06-17 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Highly-twisted states of light from a high quality factor photonic crystal ring
具有轨道角动量（OAM）的扭曲光在量子和经典通信、显微镜和光学微操纵中的应用已经得到了广泛的研究。通过光栅辅助机构喷射光学微谐振器的自然高角动量回音壁模式（WGM），其中生成的OAM数（$l$）是WGM的角动量与光栅的角动量之差，提供了用于OAM生成的可扩展的芯片集成解决方案。然而，所展示的OAM微谐振器已经展现出比常规WGM谐振器（通过$>100\times$）低得多的品质因数（$Q$），并且缺乏对$Q$的最终限制的理解。考虑到$Q$在增强光-物质相互作用中的重要性，这是至关重要的，例如单发射极耦合和参数非线性过程，这支撑了许多重要的微谐振器应用。此外，尽管高OAM状态通常是期望的，但是对微谐振器配置中可实现的限制还没有很好地理解。在这里，我们提供了新的物理见解，这两个长期存在的问题，通过了解OAM模式耦合的角度来看，在光子晶体环，并将其链接到通常研究的情况下，反向传播WGM之间的相干后向散射。除了证明高$Q$（$10^5$到$10^6$）、高估计OAM喷射效率（高达$90~\%$）和高OAM数（高达$l$ = 60）之外，我们的经验模型还得到实验的支持，并且首次提供了对$Q$和具有$l$的OAM喷射效率的行为的定量解释。最先进的性能和对微谐振器OAM生成物理学的新理解将为使用芯片集成技术实现OAM应用开辟新的机会。
2022-08-27 physics.optics
Optical Coherent Injection of Carrier and Current in Twisted Bilayer graphene
我们从理论上研究了中等角度扭曲双层石墨烯中的光注入过程，包括单光子和双光子载流子注入以及双色相干电流注入。用连续介质模型描述了电子态，数值计算了不同化学势和扭转角下的注入系数谱，其中不同能带之间的跃迁由电子能量分辨的注入系数来理解。与单层石墨烯中的注入相比，显示了注入过程中层间耦合的重要性。对于未掺杂的扭曲双层石墨烯，所有的注入系数的光谱可以分为三个能量区，这与扭曲角。对于线性色散区中非常低的光子能量，注入类似于具有由扭曲角确定的重整化费米速度的石墨烯;对于层间耦合可以忽略的非常高的光子能量，注入与石墨烯相同;并且在Van Hove奇点的跃迁能量周围的中间区中，注入显示出富有成效的精细结构。此外，由于双共振跃迁的存在，对于中间区域的光子能量，双光子载流子注入发散。
2021-11-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Lithium niobate quadratic integrated nonlinear photonics: enabling ultra-wide bandwidth and ultrafast photonic engines
City University of New York（纽约市立大学）；Nokia Bell Labs（诺基亚贝尔实验室）
本文探讨了铌酸锂二次非线性光子学在实现超宽带和超快光子引擎中的应用，提出多种策略以提升光子源的性能和适用性。
2026-02-09 physics.optics
Side face excited microstructured fibers for photonic integrated circuits formations
本文提出了大规模生产光子晶体器件和全光集成电路的新技术。我们进行了简要的正面和负面的分析，注意到硅纤维制造的最新进展，这是在提出的技术的关键时刻。
2010-12-04 physics.optics
Photonic quantum walk in a single beam with twisted light
受经典随机游走现象的启发，量子游走的概念近年来逐渐成为复杂量子系统动力学模拟、纠缠产生和普适量子计算的有力平台。这种广泛的视角激发了对这种量子过程的有效，可扩展和稳定实现的重新搜索。迄今为止，光子方法主要集中在多路径方案上，这需要干涉稳定性和与步骤数量成二次比例的光学元件的数量。在这里，我们报告的实验实现的量子行走发生在轨道角动量空间的光，无论是一个光子和两个同时不可区分的光子。整个过程在单个光束中进行，不需要干涉仪，并且需要光学资源随着步骤的数量线性缩放。我们的演示介绍了一种新的多功能光子平台，用于实现量子模拟，基于利用单光束的横模作为量子自由度。
2014-03-19 physics.optics quant-ph
